高土石坝关键技术研究

为了提高我国２００ｍ级高土石坝的设计和施工水平，电力工业部“八五”国家科技攻关课题针对高堆石坝关键技术、混凝土防渗墙材料及接头型式、防渗墙施工、高土石坝抗震、勘测关键技术和高土石坝施工水力学问题等进行了研究，取得了一些重大研究成果、这些成果对减少工程投资，加快施工进度，保证工程安全有重要意义。     

土体地震永久变形分析述评

在地震作用下，土体将会产生变形，它包括周期变形和不可恢复的残余变形（即永久变形）。这两种变形都可能造成土体裂缝甚至失稳，但永久变形对土工建筑物的安全和使用影响更大，因此，如何预测土体地震后产生的永久变形成为土工抗震分析中一个重要方面。本文综述了目前国内外有关土体地震永久变形分析方法，然后对各种方法的优缺点进行了比较，最后对今后地震永久变形的研究方向提出了初步建议     

高土石坝地震安全评价及抗震设计思考

介绍了国内外几座典型土石坝的震害表现,并对这些土石坝,特别是紫坪铺混凝土面板堆石坝的震害原因进行了详细分析.结果表明,地震导致的坝体附加变形以及坝体不同部位变形的不均匀和不协调是土石坝发生震害的主要原因,土石坝的各类不同材料的接触带以及河谷地形突变处是发生震害的主要部位,在大坝设计施工时需特别予以关注.最后,对高土石坝安全评价和抗震设计方法提出了若干建议,并特别指出,考虑到地震的随机性和高土石坝安全的绝对重要性,有必要研究高土石坝的极限抗震能力.     

高土石坝地震动态分布系数研究

与低坝相比,高土石坝受地基刚性的约束减弱,坝体的自振周期延长。在坝体地震反应中,高阶自振周期容易与地震卓越周期迂合,高阶振型的振动易于被激发放大,从而导致坝体地震加速度沿坝高分布与低坝有所不同。现行《DL5073—1997水工建筑物抗震设计规范》对土石坝动态分布系数的规定适合于150m以下的土石坝,已不能适应高土石坝建设的发展需要。因此,利用反应谱法,研究了高土石坝地震动态分布系数,得到了随着坝高的增加,振型数目、高阶周期与地震卓越周期的迂合几率以及加速度分布的变化规律,最终给出了坝高大于150m的土石坝的切速度分布。     

高土石坝建筑材料研究

阐述了研究大型混凝土面板堆石坝建筑材料特性的公认原理,并根据断裂力学理论提出了一种新的方法。强调了需要实施重要的试验计划,以评估大型堆石坝坝体填筑材料的主要特性。基于利用颗粒破裂的尺寸效应,提出了试验步骤,可选定适当尺寸的试件进行试验,根据试验结果,确立用于大坝的级配堆石的特性。     

高土石坝离心模型试验技术研究

为探讨高土石坝离心模型试验技术，针对小浪底斜墙堆石坝的离心模型试验，选定模型率ｎ－２５０，模型箱尺寸Ｌ×Ｗ×Ｈ＝１１００×２０８×５００（ｎｍ）；采用准相似级配法制备试验用坝壳堆石料和地基砂卵石料；依据模型与原型抗弯刚度相似的原则，试验中用铝板模拟原型混凝土防渗墙；用标点法测量坝体位移，电阻应变计测量防渗墙的应变。本文是上述工作的总结，详细叙述了模型设计，材料的模拟技术与量测技术。     

高土石坝综合抗震措施及其效果的验算

简要回顾了近十年来高土石坝的破坏机理和抗震措施研究方面的成果,指出地震时高土石坝破坏性态及可行的抗震对策,提出了一个综合考虑多种减震措施的高土石坝抗震方案。采用快速拉格朗日差分方法对某高土石坝进行了弹塑性动力反应分析,分别研究了采用抗震措施和不采用抗震措施坝体的永久变形,从而考察本文建议的抗震方案的减震效果,同时研究了地震波的频谱特性以及同时输入水平和竖向地震动对抗震效果的影响。计算结果显示,采用本文建议的抗震方案可以使坝顶区的竖向和水平永久位移降低接近50％;当同时输入水平和竖向地震动时,本文的综合抗震措施减震效果依旧明显。     

高土石坝施工水力学问题研究

高土石坝施工导流方式的研究及大型导流隧洞永久利用水力学问题研究分别总结和概括分析了过去的研究成果水平，结合“八五”攻关要求重点探讨或提出了有关各子题中的新理论、新方法、新计算公式程序，并与工程实际问题相结合，大部分成果通过工程实践证明，对解决工程疑难问题，节约工程投资，推动技术进步起到了良好的经济和社会效益。     

高土石坝施工计算机模拟

本文介绍了计算机模拟高土石坝坝体施工三大环节（土石调配规划，运输系统坝面模拟系统）的基本方法，建立了相应的数学模型，经对瀑布沟工程模拟计算分析，结果符合工程设计情况，找出了坝体填筑施工的关键制所在，为确定坝体月高峰填筑强度机械配置和施工期限提供了可靠的依据。     

高土石坝施工过程计算机模拟

介绍了计算机模拟高土石坝坝体施工三大环节(土石方调配规划、运输系统、坝面模拟系统)的基本方法、数学模型和程序。经对瀑布沟工程施工过程模拟,结果符合工程施工情况,找出了控制坝体填筑施工的关键,为确定坝体月高峰填筑强度、机械配置和施工工期提供了可靠的依据。     

碾压式土石坝运行安全评价的基本方法

根据土石坝溃坝失事统计资料,列出了坝顶结构、坝基处理、筑坝材料、坝体变形、坝坡稳定、渗流控制、坝体及坝基与其他建筑物连接共七个涉及土石坝运行安全的评价要素。土石坝运行安全评价主要采用查阅资料、现场检查、监测资料分析、施工质量复查和设计复核计算的手段,并根据运行性态和工程类比进行综合评判。     

土石坝地震变形和滑坡及液化非线性分析

本文提出了土石坝地震响应新算法和地震破坏新指数，它能直接计算地震永久变形，并采用有效应力强度指标和地震永久变形估计地震滑坡．最后计算了土层和土石坝的地震响应和地震破坏．     

透水覆盖层上土石坝渗流量观测设计方案综合评价方法

介绍我国建造在透水覆盖层上土石坝渗流量观测的现状;提出考虑技术、经济、效果、运行以及对环境影响等因素的渗流量观测设计方案的综合评价方法;实例分析表明该方法考虑因素比较全面,处理得当,易于操作,结论合理。     

土石坝渗流观测资料分析模型及方法

为了有铲地根据土石坝的原型观测资料来分析坝体和坝基中存在的渗流问题，本文以渗流理论为基础，结合工程实际，考虑了水位、降雨量、坝基排水以及时效等因素对渗流的影响，建立了土石坝坝体和坝基测压管以及通过大坝渗流量等观测资料的统计分析模型和方法，经对青山和对河口水库等工程的实际应用，说明其效果是令人满意的。     

基于实际震害的土石坝永久变形估算

土石坝地震震害主要表现为震后永久变形,利用永久变形来评价大坝的抗震稳定与安全更为合理可行。本文结合30余座土石坝的震害资料,研究了土石坝的自振周期等基本自振特性,同时对场地地震卓越周期、滑块屈服加速度与大坝最大加速度反应等主要影响因素进行了深入分析,提出了基于土石坝实际震害的永久变形计算公式,并与Makdisi、Sarma等方法的计算值进行比较,该方法具有较好的计算精度。     

高土石坝建设的若干应用基础研究问题

筑坝材料的静、动力工程特性与土石坝静力和地震动力分析及评价方法研究是岩土力学的重要内容，岩土力学随土石坝建设的发展而发展。本文总结了高土石坝建设发展的一些新情况和新趋势，提出了若干需要重点研究的应用基础问题，包括：覆盖层工程力学特性研究；粗粒料工程力学特性试验模拟方法研究；复杂高应力下筑坝材料的变形和强度特性研究；土石坝堆石料长期变形问题研究；覆盖层与上部建筑物相互作用的数值分析方法研究；高土石坝综合评价方法和评价标准研究；覆盖层处理技术研究；高土石坝抗震研究等。     

高面膜堆石坝关键设计概念与设计方法

针对高面膜堆石坝的特点,分析高面膜堆石坝防渗面膜变形原理和几种主要防渗面膜材料的变形特点,阐述防渗面膜选择与设计、防渗面膜铺设设计以及周边锚固设计等方法。梳理和分析防渗面膜变形安全校核方法,提出较为系统的面膜变形安全校核方法;指出以往研究中关于颗粒垫层上防渗面膜液胀变形校核方法存在的问题,提出了比较符合工程实际且易于工程设计应用的液胀变形校核方法。     

特高土石坝建设与安全保障的关键问题及对策

随着我国水资源利用进程的推进,一批建设条件和运行环境更加复杂、坝高200 m以上的特高土石坝正在建设或即将开工建设,这些高坝大库的顺利建设与长期安全事关国家经济社会发展和公共安全。分析了复杂条件下特高土石坝建设和长期安全保障面临的理论与技术挑战以及需要解决的关键科学与技术问题,提出了以下重点研究内容:通过筑坝粗粒料和坝体结构的多尺度试验、已建高土石坝运行性状反馈分析、先进数值模拟方法的发展等手段,分别从材料和结构层面,揭示特高土石坝粗粒料力学性质尺度效应、接触面变形与破坏机制、防渗系统服役性能演化规律,建立其长期安全评价理论体系,显著提升特高土石坝变形与渗流安全预测精度;通过新结构、新材料、新设备、新标准的研发,解决复杂河谷条件、恶劣气候条件下坝体结构和防渗系统变形协调与渗流安全问题,形成复杂条件下特高土石坝灾变防控技术体系;基于我国大型水库在线安全监测平台,通过引入先进的卫星遥感技术、制订安全评价标准等,构建特高土石坝安全实时监控与风险预警平台,实现对特高土石坝安全的实时监控、风险预警、信息发布和应急处置指导。从而为进一步提升我国特高土石坝建设水平和安全保障能力提供理论与技术支撑。     

基于离心机振动台模型试验的面板堆石坝地震响应研究

本文开展了竣工期、蓄水期面板堆石坝地震响应的一系列离心机振动台模型试验,重点探究了地震过程中面板应力的演进规律及破坏模式。试验结果表明,面板应力的演进规律与其地震动历史有关。当作用于坝体的地震动峰值或Arias强度高于其所经历的地震动时,无论在竣工期还是蓄水期,面板外表面压应力增量随时间逐渐增大,而内表面拉应力增量逐渐发展;当作用于坝体的地震动峰值与其经历的最大地震动相比较弱时,面板应力总体趋势的变化主要体现在内表面拉应力增量的发展,而其外表面压应力增量的发展较为微弱。另外,同一高程处的面板应力响应随地震动峰值或Arias强度而增大,与地震动峰值或Arias强度对堆石区变形的影响相一致。地震过程中坝坡破坏模式以浅层滑动为主。研究成果将为完善面板堆石坝的抗震设计、优化抗震加固措施提供一定的理论基础与技术支撑。     

狭窄河谷中高面板堆石坝应力变形特性研究

结合高179．5m的洪家渡面板堆石坝,采用数值计算分析与大型离心模型试验的方法,深入研究了狭窄河谷中高面板堆石坝的应力变形特性．通过分析计算,给出了狭窄、不对称河谷地形条件下高混凝土面板堆石坝在施工期和蓄水运行期的应力、变形分布规律,以及面板周边缝的变形特点．同时,还对不同填筑干密度对坝体和面板应力变形特性的影响进行了对比分析．研究结果表明：河谷的地形条件对面板应力变形有着显的影响,通过改进碾压施工技术,提高填筑密度,将对坝体和面板的应力变形性状的改善,提高坝体的整体安全性起到重要的作用．